实例分析机床数控化改造的必要性
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实例分析机床数控化改造的必要性
我们在机电一体化专业的教学中,往往把数控机床的数控化再生改造作为本专业的毕业设计来做,因为在普通机床的数控化改造过程中,涉及到机械传动、液压、气动以及电器元件和电气控制等诸多方面的知识,因而,把它作为学生毕业设计课题实在是非常合适的选题。但我们只管教学生如何进行机床机械部分改造或电气部分改造,而忽略了教会学生如何判断所改造机床有无改造的必要性,给学生造成了一种知识上的错觉。因而,有必要教会学生如何判断机床改造的可行性,对具体研究对象进行分析是教学的重点内容。
我国1960年左右开始发展、制造数控机床。70年代至80年代中期,又陆续从国外引进一批数控机床。数控产品覆盖了车、铣、镗、钻、磨、加工中心及齿轮机床、折弯机、火焰切割机、柔性制造单元等,品种多达数百种。这些机床在我国的制造业中发挥了很大作用。但随着时间的推移,已经有相当一部分数控机床面临机械精度下降、电气控制元件损坏的问题,而且许多电器元件由于过时被淘汰,已购买不到,因此部分数控机床正处于半停产或停产状态。要想继续利用这些设备,就必须针对具体情况,进行再生改造。下面是一个具体改造的实例。
一台20世纪70年代购买的FANUC公司生产的加工中心,数控系统是FANUC-260A,已经损坏。这种数控系统早已淘汰,已购买不到,因而使该加工中心不得不停产。购买类似加工中心需要花费近百万元。加工中心的机械部分、液压系统及附件还保持完好,估计剩余价值在30万元以上。进行再生改造,更换数控系统及相应的部分,加上机械部分改动及精度恢复、调整费用估计在35万元左右。相比较100万元的新产品购置费用,显然具有成本优势,研究决定对其进行再生改造。从全面配套考虑提出并执行下面一些改造任务。
(1)将原数控系统改为FANUC的oi系统;(2)机床电器柜改用可编程控制器PLC;(3)对机床电器操作面板进行改进;(4)改动机床电气走线;(5)更换自动换刀装置的检测元件(原检测元件已淘汰);(6)将原进给伺服驱动系统中的电液脉冲马达改为直流伺服电动机,机械联接也做相应改变;(7)对三个进给轴导轨及滚珠丝杠的精度进行修复;(8)对液压系统做相应调整;(9)对防护罩做相应改动。
通过这一旧加工中心再生改造实例,可以对其不能满足使用要求的软、硬件进行更改,使更改后的机床具有高的使用性能。这就是我们对学生必须教授的技术能力,会对具体被改造机床进行正确分析判断,使学生树立科学的分析方法,培养判断有效工作的能力。总结以上实例可以得出数控机床技术改造应该考虑如下的一些问题。
1 会对具体问题进行必要性分析
拿到具体改造机床时,不要立即着手进行具体的改造,要先对改造对象进行全局性了解和掌握,摸清楚机床的基本情况,整理出存在的问题。逐一对存在的问题进行分析,塞选出需要改进的软、硬件,列出改进方案,对方案进行优化,选出最优方案进行实施。另外,一定要确定出进行改进的原因,为什么要进行改造,改造后要达到怎么样的技术水平,也即对改造的必要性进行确定。
2 正确评估被改造数控机床的剩余价值
数控机床各个组成部分的使用寿命相差很大。一些主要机械大件(如床身、立柱、主轴箱等)的使用寿命可达10年以上,但一些频繁运动的驱动机械部件(如滚珠丝杠副)可保持运动精度的寿命大约只有5年。一套数控系统的使用寿命也可达10年,可易损电器元件(如行程开关)的使用寿命却只有2年左右。由于数控技术的迅速发展,一个标准型的数控系统在制造厂生产出来,其寿命不过5～6年。因此,在数控机床使用的后期要想寻找已经损坏元器件的外购件将非常困难,以至于为此放弃整个系统。鉴于以上所述,在对数控机床进行改造时,必须仔细分析被改造的数控机床哪部分还可利用,哪些必须更换。一般要求可利用的剩余价值不低于总价值的1/3。一般来说,就数控机床中剩余价值较大的是机械部分及配套附件,数控系统往往都需要更新。
3 对改造的必要性进行判断
设备技术改造力求投资少,一般不应超过同类新设备购置费用的40%～60%。在上例中,购买类似加工中心需要花费近百万元。原加工中心的机械部分、液压系统及附件还保持完好,估计剩余价值在30万元以上。进行再生改造,更换数控系统及相应的部分,加上机械部分改动及精度恢复、调整费用等估计在35万元左右。可见,进行这样的再生改造比更换一台新设备在经济上更为合理,更切合实际,因此是合适的。
4 数控机床进行再生改造时应避免局部改造,应做全面配套升级改造
从上面的例子可以看出,虽然旧加工中心只是损坏了数控系统,但经综合考虑后却改动了9个部分。如不做这些改动,势必影响机床改造后的综合效果。例如,原伺服驱动系统中电液脉冲马达的工作寿命已经快到了,而且它也不适应新CNC系统高速运行的要求(原系统速度为6m/min,而新系统速度可达15m/min),因此必须予以更换。
总之,在改造方案中必须对机床各主要部件的工作寿命进行综合平衡,技术参数要相对匹配,改造后的整体外形比较协调。
5 改造要与企业的实际生产状况相适应
设备改造的宗旨是以有限地投入创造出较大的经济效益,因此不一定要把设备造成一流水平。一台设备的改造要根据企业自身经济能力确定投入的财力,从而也就确定了改造后能达到的水平。一般说来,一个正确的技术改造方案,要以企业自己的技术人员和机修人员为主,尽可能缩短改造周期,只有这样,才有可能取得较好的经济效果。
在教会学生具体改造方法之前,让其先就具体改造对象进行可行性分析,确定再生改造的必要性、可行性及制定相应合理的操作流程,这既可以减少工作的不确定性,概算确定出具体实施工作量的大小,也就能确定出付出的成本,真正做到事先管理。更重要的是让学生懂得,不仅仅掌握某项技能就可以了,还要养成在遇到具体工作时,学会分析问题,列出解决问题的具体方案,确定最具可行性的方案进行实施。这对培养学生的系统性思维具有非常好的作用,同时也能提高学生解决问题的能力。
参考文献
[1] 张超英.数控车床[M].北京:化学工业出版社,2003.
[2] 全国注册资产评估师考试用书编写组．机电设备评估基础[M]．北京:经济科学出版社,2009.
